CN109815180A - 一种局域网信号集中采集处理器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种局域网信号集中采集处理器，涉及信号采集技术领域，该局域网信号集中采集处理器包括数据采集模块、数据处理模块和通信模块，数据采集模块包括外接设备端口和模数转换单元，数据处理模块包括FPGA处理单元和DSP处理单元，通信模块包括接口芯片和通信端口，数据采集模块分别与数据采集模块和通信模块连接，数据采集模块连接外接设备，通信模块连接上位机。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，通过数据采集模块对数据进行采集，采集数据精确可靠，利用FPGA处理单元和DSP处理单元结合，对采集的信号进行处理，使得数据处理和传输的效率更高，有效的提高信号采集和处理的能力，灵活性更强。

Description

一种局域网信号集中采集处理器

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，具体涉及一种局域网信号集中采集处理器。

背景技术

局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，一般是方圆几千米以内，局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能，信号集中采集处理是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析和处理。

现有的信号采集处理过程通常采用微处理器或者DSP通过软件控制数据采集的模数转换，操作过程中频繁的终端系统的运行，从而影响采集速度，采集的速度也影响着数据的处理速度，为此，我们提出了一种局域网信号集中采集处理器。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种局域网信号集中采集处理器，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，通过数据采集模块对数据进行采集，采集数据精确可靠，利用FPGA处理单元和DSP处理单元结合，对采集的信号进行处理，使得数据处理和传输的效率更高，有效的提高信号采集和处理的能力，灵活性更强。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种局域网信号集中采集处理器，包括数据采集模块、数据处理模块和通信模块，所述数据采集模块包括外接设备端口和模数转换单元，所述数据处理模块包括FPGA处理单元和DSP处理单元，所述通信模块包括接口芯片和通信端口，所述数据采集模块连接有外接设备，所述通信模块连接有上位机，所述外接设备端口与外接设备进行连接，用于对外接设备的信息进行采集，所述模数转换单元用于对外接设备端口采集的信息进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号，所述FPGA处理单元用于对各种时序进行控制以及对模数转换单元传输的信号进行读取，所述DSP处理单元对信号进行处理，并将处理后的信号传输到计算机中，所述接口芯片用于接入网络中，实现数据的接收和发送，所述通信端口用于实现DSP处理单元与上位机的连接，实现局域网内的指令传递。

进一步的，所述数据采集模块还包括信号调理单元，且信号调理单元分别与外接设备端口和模数转换单元连接，所述信号调理单元包括放大电路、滤波电路、限幅电路和选频电路，所述放大电路用于将采集到的信号进行放大处理，所述滤波电路用于对采集的模拟信号进行高频信号的去除，所述限幅电路用于对采集的模拟信号进行幅度限制，所述选频电路用于对采集的模拟信号进行指定频率的选择。

进一步的，所述FPGA处理单元包括片选模块、存储模块、数据转换模块、复位模块和DSP接口模块，所述片选模块用于设定片选信号，区分工作芯片，所述存储模块用于对数字信号进行存储，所述复位模块用于提供DSP上电复位所需要的时序，所述数据转换模块用于将串行采样数据转换为并行数据，所述DSP接口模块连接FPGA处理单元和DSP处理单元。

进一步的，所述DSP处理单元包括DSP内核和外接端口，DSP内核用于执行DSP处理单元中的指令，外接端口用来与外部设备连接。

进一步的，所述DSP接口模块与数据转换模块之间设有FIFO模块，用于对采集数据的缓存。

进一步的，所述DSP处理单元中通过DMA读取的方式进行读取与操作。

进一步的，所述接口芯片选用W5100，实现与没有操作系统的Internet连接。

进一步的，所述通信端口选用rj-45接口。

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种局域网信号集中采集处理器。具备以下有益效果：

1、采集到的信号通过信号调理单元进行调理，其中放大电路、滤波电路、限幅电路和选频电路能对采集的信号进行放大、滤波、限幅和选频，使得采集到的数据更加精确可靠。

2、通过DSP处理单元实现高速的数据处理能力，FPGA处理单元可以集成外围控制和接口电路，适用于大数据的高速传输控制，将两者结合对局域网中信号进行采集处理，大大提高信号处理的能力以及灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明信号调理单元结构示意图；

图3为本发明FPGA处理单元结构示意图；

图4为本发明DSP处理单元工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图，一种局域网信号集中采集处理器，包括数据采集模块、数据处理模块和通信模块，所述数据采集模块包括外接设备端口和模数转换单元，所述数据处理模块包括FPGA处理单元和DSP处理单元，所述通信模块包括接口芯片和通信端口，所述数据采集模块连接有外接设备，所述通信模块连接有上位机，所述外接设备端口与外接设备进行连接，用于对外接设备的信息进行采集，所述模数转换单元用于对外接设备端口采集的信息进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号，所述FPGA处理单元用于对各种时序进行控制以及对模数转换单元传输的信号进行读取，所述DSP处理单元对信号进行处理，并将处理后的信号传输到计算机中，其中通过DSP处理单元发出指令，控制采集开始以及采集模拟量的范围，所述接口芯片用于接入网络中，实现数据的接收和发送，所述通信端口用于实现DSP处理单元与上位机的连接，实现局域网内的指令传递。

在本实施方式中，DSP处理单元不能直接与串口进行通信，通过DSP处理单元中的SPI与通信模块进行连接，从而实现与上位机的连接。

所述数据采集模块还包括信号调理单元，且信号调理单元分别与外接设备端口和模数转换单元连接，所述信号调理单元包括放大电路、滤波电路、限幅电路和选频电路，所述放大电路用于将采集到的信号进行放大处理，所述滤波电路用于对采集的模拟信号进行高频信号的去除，所述限幅电路用于对采集的模拟信号进行幅度限制，所述选频电路用于对采集的模拟信号进行指定频率的选择。

在本实施方式中，采集的信号先经过放大电路进行放大后再经过滤波电路进行滤波，将模拟信号中高频率的噪声除去，再进行限幅和选频，使得指定频率和指定幅度范围内的信号通过。

所述FPGA处理单元包括片选模块、存储模块、数据转换模块、复位模块和DSP接口模块，所述片选模块用于设定片选信号，区分工作芯片，所述存储模块用于对数字信号进行存储，所述复位模块用于提供DSP上电复位所需要的时序，所述数据转换模块用于将串行采样数据转换为并行数据，所述DSP接口模块连接FPGA处理单元和DSP处理单元。

在本实施方式中，当采集处理的数据较大时通过FPGA处理单元实现多接口，进行串行采样数据转换为并行数据，大大提高数据处理的速度，其中数据转换模块包括寄存器和计数器，通过计数器进行计数，寄存器进行数据的存放以及传输。

所述DSP处理单元包括DSP内核和外接端口，DSP内核用于执行DSP处理单元中的指令，外接端口用来与外部设备连接。

在本实施方式中，FPGA处理单元传输的数据存放在DSP处理单元中，进行计算处理后传输给上位机。

所述DSP接口模块与数据转换模块之间设有FIFO模块，用于对采集数据的缓存。

在本实施方式中，FIFO模块的输入端与数据转换模块的工作时钟一致，FIFO模块的输出端与DSP接口模块的工作时钟一致，避免DSP接口模块与数据转换模块之间因工作时钟不一致而导致传输过程中出现的数据错误。

所述DSP处理单元中通过DMA读取的方式进行读取与操作。

在本实施方式中，DMA读取时在外设与内存间直接进行数据交换，而不通过CPU，提高数据传送的速度。

所述接口芯片选用W5100，实现与没有操作系统的Internet连接。

在本实施方式中，W5100支持SPI接口，通过W5100实现DSP处理单元与通信模块的连接。

所述通信端口选用rj-45接口。

在本实施方式中，通过rj-45接口进行数据传输，将处理好的信号传输给上位机。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块和通信模块，所述数据采集模块包括外接设备端口和模数转换单元，所述数据处理模块包括FPGA处理单元和DSP处理单元，所述通信模块包括接口芯片和通信端口，所述数据采集模块连接有外接设备，所述通信模块连接有上位机；

所述外接设备端口与外接设备进行连接，用于对外接设备的信息进行采集；

所述模数转换单元用于对外接设备端口采集的信息进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号；

所述FPGA处理单元用于对各种时序进行控制以及对模数转换单元传输的信号进行读取；

所述DSP处理单元对信号进行处理，并将处理后的信号传输到计算机中；

所述接口芯片用于接入网络中，实现数据的接收和发送；

所述通信端口用于实现DSP处理单元与上位机的连接，实现局域网内的指令传递。

2.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述数据采集模块还包括信号调理单元，且信号调理单元分别与外接设备端口和模数转换单元连接，所述信号调理单元包括放大电路、滤波电路、限幅电路和选频电路；

所述放大电路用于将采集到的信号进行放大处理；

所述滤波电路用于对采集的模拟信号进行高频信号的去除；

所述限幅电路用于对采集的模拟信号进行幅度限制；

所述选频电路用于对采集的模拟信号进行指定频率的选择。

3.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述FPGA处理单元包括片选模块、存储模块、数据转换模块、复位模块和DSP接口模块；

所述片选模块用于设定片选信号，区分工作芯片；

所述存储模块用于对数字信号进行存储；

所述复位模块用于提供DSP上电复位所需要的时序；

所述数据转换模块用于将串行采样数据转换为并行数据；

所述DSP接口模块连接FPGA处理单元和DSP处理单元。

4.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述DSP处理单元包括DSP内核和外接端口，DSP内核用于执行DSP处理单元中的指令，外接端口用来与外部设备连接。

5.如权利要求3所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述DSP接口模块与数据转换模块之间设有FIFO模块，用于对采集数据的缓存。

6.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述DSP处理单元中通过DMA读取的方式进行读取与操作。

7.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述接口芯片选用W5100，实现与没有操作系统的Internet连接。

8.如权利要求1所述的一种局域网信号集中采集处理器，其特征在于：所述通信端口选用rj-45接口。